電動機正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖控制電路設(shè)計報告電氣工程課程設(shè)計

1、皖西學(xué)院目錄1. 概述.2(1) .三相異步電動機.2(2) .三相異步電動機的構(gòu)造.2(3) .三相異步電動機的工作原理.4(4) .三相異步電機的啟動方法.92. 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計.15（1） .設(shè)計目的.15（2） .設(shè)計原理.15（3） .設(shè)計內(nèi)容及要求.15（4） .設(shè)計步驟.16 1）.器材選取.16 2）.三相異步電動機正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖控制電路的設(shè)計.17 3）.帶信號燈及過載保護(hù)的三相異步電動機聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路的設(shè)計.183. 總結(jié)及心得體會.19 4. 主要參考文獻(xiàn).21 1. 概述(1) .三相異步電動機 實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用

2、電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。 在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。 對于各種電動機我們應(yīng)該了解下列幾個方面的問題：（1）基本構(gòu)造；（2）工作原理；（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機械特性；（4）起動、調(diào)速及制動的基本原理和方法；（5）應(yīng)用場合和如何正確使用。(2)三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)

3、子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖1-1所示。圖 1-1 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖1）定子三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組2） 轉(zhuǎn)子 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式

4、 - 鼠籠式異步電動機。 繞線式 - 繞線式異步電動機。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機械負(fù)載 鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機。 為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.21.0mm之間。(3)三相異步電動機的工作原理1）基本原理 為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖1-2所示。圖 1-2 三相異步電動機工作原理 (1)演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。 (2)現(xiàn)象

5、解釋：當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。 (3)結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。2）旋轉(zhuǎn)磁場（1） 產(chǎn)生 圖1-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖1-4)。 圖 1-3 三相異步電動機定

6、子接線當(dāng)wt=00時，AX繞組中無電流；為負(fù)，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（a）所示。 當(dāng)wt=1200時，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負(fù)，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（b）所示。 當(dāng)wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負(fù)，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（c）所示?？梢?，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定

7、子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。 圖 1-4 旋轉(zhuǎn)磁場的形成（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向 旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。（3）三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速 1）.極數(shù)（磁極對數(shù)p） 三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。 當(dāng)每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即p=1； 當(dāng)每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時，產(chǎn)生

8、的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即p=2； 同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為：2）轉(zhuǎn)速n 三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是： （1-1） 由（1-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n0是個常數(shù)。 在我國，工頻f1=50Hz，因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，見表1-1表1-1p123456n03000150010007506005

9、003）轉(zhuǎn)差率s 電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)差率s用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： (1-2) 轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，

10、這時轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。 根據(jù)式(1-2),可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式 (1-3)4）三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路 三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相

11、電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢。(4).三相異步電機的啟動方法 三相異步電動機的起動方法主要有直接起動、傳統(tǒng)減壓啟動和軟啟動三種啟動方法。下面就分別做詳細(xì)介紹。1).直接起動 直接起動，也叫全壓起動。起動時通過一些直接起動設(shè)備，將全部電源電壓(即全壓)直接加到異步電動機的定子繞組，使電動機在額定電壓下進(jìn)行起動。一般情況下，直接起動時起動電流為額定電流的38倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的12倍。根據(jù)對國產(chǎn)電動機實際測量，某些籠型異步電動機起動電流甚至可以達(dá)到812倍。 直接起動的起動線路是最簡單的，如圖1-5所示。然

12、而這種起動方法有諸多不足。對于需要頻繁起動的電動機，過大的起動電流會造成電動機的發(fā)熱，縮短電動機的使用壽命；同時電動機繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能引起短路進(jìn)而燒毀電動機；另外過大的起動電流，會使線路電壓降增大，造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)的其他設(shè)備的正常工作，有時甚至使它們停下來或無法帶負(fù)載起動。這是因為Ts及Tm均與電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使Ts及Tm 均下降到低于Tz。 一般情況下，異步電動機的功率小于75kW時允許直接起動。如果功率大于75kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求的話，電動機也可允許直接起動。 如果不能滿足上式的要求，則必須采用減壓

13、啟動的方法，通過減壓，把啟動電流Ist限制到允許的數(shù)值。圖1-5直接啟動原理圖2).傳統(tǒng)減壓起動 減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓，待起動后，再把電壓恢復(fù)到額定值。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是同時起動轉(zhuǎn)矩也會減小。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況。傳統(tǒng)減壓起動的具體方法很多，這里介紹以下三種減壓起動的方法：(1).定子串接電阻或電抗起動定子繞組串電阻或電抗相當(dāng)于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動機的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達(dá)到減小起動電流的目的。但考慮到起動轉(zhuǎn)矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩會降低的更多。因此，

14、這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。 對于容量較小的異步電動機，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對于容量較大的異步電動機，考慮到串接電阻會造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動。 如圖1-6所示：當(dāng)起動電機時，合上開關(guān)Q，交流接觸器KM斷開，使電源經(jīng)電阻或電抗R流進(jìn)電機。當(dāng)電機起動完成時KM吸合，短接電阻或電抗R。圖1-6定子串電阻或電抗起動原理圖(2).星-三角形(丫-)起動 星-三角形起動法是電動機起動時，定子繞組為星形(丫)接法，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將繞組切換為三角形()接法，使電動機轉(zhuǎn)為正常運行的一種起動方式。星-三角形起動方法雖然簡單，但電動機定子繞組的六個出線端都要

15、引出來，略顯麻煩。 圖1-7為星-三角形起動法的原理圖。接觸器KM2和KM3互鎖，即其中一個閉合時，必須保證另一個斷開。KM2閉合時，定子繞組為星形(丫)接法，使電動機起動。切換至KM3閉合，定子繞組改為三角形()接法，電動機轉(zhuǎn)為正常運行。由控制電路中的時間繼電器KT確定星-三角切換的時間。 定子繞組接成星形連接后，每相繞組的相電壓為三角形連接(全壓)時的l/，故星-三角形起動時起動電流及起動轉(zhuǎn)矩均下降為直接起動的13。由于起動轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。圖1-7 星-三角形起動法的原理圖(3).自耦變壓器起動 自耦變壓器起動法就是電動機起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機上，

16、待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將自耦變壓器從電源切除，而使電動機直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運行的一種起動方法。 圖1-8所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關(guān)Q接通三相電源。按啟動按鈕后KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于KM1輔助常開觸點閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如65)將三相電壓的65接入電動。當(dāng)時間繼電器KT延時完畢閉合后，KM1線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時KM2線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動機在全壓下運行。自耦變壓

17、器一般有65和80額定電壓的兩組抽頭。 若自耦變壓器的變比為k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側(cè)起動線電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動的lk2。 自耦變壓器起動法不受電動機繞組接線方式(丫接法或接法)的限制，允許的起動電流和所需起動轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費用較高。圖1-8 異步電動機的自耦變壓器起動法 自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應(yīng)用非常廣泛，有手動及自動控制線路。其優(yōu)點是電壓抽頭可供不同負(fù)載起動時選擇；缺點是質(zhì)量大、體積大、價格高、維護(hù)檢修費用高。3). 軟啟動 軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的，后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。在電動機定子

18、回路中，通過串入限流作用的電力器件實現(xiàn)軟起動，叫做降壓或者限流軟起動。它是軟起動中的一個重要類別。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動。2. 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計（1）.設(shè)計目的 1）.了解三相異步電動機接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制的接線和操作方法。 2）.理解聯(lián)鎖和自鎖的概念。 3）.掌握三相異步電動機接觸器的正反轉(zhuǎn)控制的基本原理與實物連接的要求。（2）.設(shè)計原理 三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向是取決于磁場的旋轉(zhuǎn)方向，而磁場的旋轉(zhuǎn)方向又取決于電源的相序，所以電源的相序決定了電動機的旋轉(zhuǎn)方向。任意改變電源的相序時，

19、電動機的旋轉(zhuǎn)方向也會隨之改變。(3) .設(shè)計內(nèi)容及要求內(nèi)容：按鈕聯(lián)鎖的電動機正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計要求：1） .按鈕控制電機正反轉(zhuǎn)2） .電路中的聯(lián)鎖等設(shè)置合理3） .正,反轉(zhuǎn)時分別用信號燈表示4） 電機過載時候具有自動報警裝置(4) .設(shè)計步驟1）.器材選取三相異步電動機型號：Y90S-4參數(shù)：額定功率(KW) 1.1 額定電流（A） 2.7 轉(zhuǎn)速（r/min） 1400 效率（%） 78.0 功率因數(shù)（cos ） 0.78 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩（倍） 2.3 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流（倍） 6.5 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩（倍） 2.3 重量（Kg） 25 熱繼電器型號： JRS1-09-307/Z參數(shù)：J

20、R 熱過載繼電器 S 三相雙金屬片式 1 設(shè)計序號 09 額定工作電流 307 整定電流代號 Z 組合安裝熔斷器,按鈕,繼電器,常開常閉觸點,導(dǎo)線若干。2）.三相異步電動機正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖控制電路的設(shè)計 圖1-9圖1-9控制線路的動作過程是：（1） .正轉(zhuǎn)控制 合上電源開關(guān)QS，按正轉(zhuǎn)起動按鈕SB5，正轉(zhuǎn)控制回路接通，KM1的線圈通電動作，其常開觸頭閉合自鎖、常閉觸頭斷開對KM2的聯(lián)鎖，同時主觸頭閉合，主電路按U1、V1、W1相序接通，電動機正轉(zhuǎn)。（2）.反轉(zhuǎn)控制 要使電動機改變轉(zhuǎn)向（即由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)）時應(yīng)先按下停止按鈕SB1，使正轉(zhuǎn)控制電路斷開電動機停轉(zhuǎn)，然后才能使電動機反轉(zhuǎn)，為什么要這樣操作呢？

21、因為反轉(zhuǎn)控制回中串聯(lián)了正轉(zhuǎn)接觸器KM1的常閉觸頭，當(dāng)KM1通電工作時，它是斷開的，若這時直接按反轉(zhuǎn)按鈕SB4，反轉(zhuǎn)接觸器KM2是無法通電的，電動機也就得不到電源，故電動機仍然正轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會反轉(zhuǎn)。電機停轉(zhuǎn)后按下SB4，反轉(zhuǎn)接觸器KM2通電動作，主觸頭閉合，主電路按W1, V1,U1相序接通，電動機的電源相序改變了，故電動機作反向旋轉(zhuǎn)。3）.帶信號燈及過載保護(hù)的三相異步電動機聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路的設(shè)計 圖1-10圖1-10工作過程如下：合上電源開關(guān)QS(1).正轉(zhuǎn)控制 按正轉(zhuǎn)起動按鈕SB1，且SB1聯(lián)鎖開關(guān)斷開，正轉(zhuǎn)控制回路接通，KM1的線圈通電動作，其常開觸頭閉合自鎖、常閉觸頭斷開對KM2的聯(lián)鎖，信號燈L1亮，同時主觸頭閉合，主電路按Ua、Ub、Uc相序接通，電動機正轉(zhuǎn)。（2）.反轉(zhuǎn)控制 按反轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，且SB2聯(lián)鎖開關(guān)斷開，正轉(zhuǎn)控制回路斷開，反轉(zhuǎn)控制回路接通，KM